Mathematisch, gießtechnische Optimierung der Verrippung großer Umformwerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann; Professor Dr. Jürgen Scheurle
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 17116943

Große Umformwerkzeuge werden auf der wirkflächenabgewandten Seite in verrippter Bauweise ausgeführt, um Werkzeuggewicht und ¿kosten zu sparen. Für die Auslegung der Verrippung bestehende Untersuchungen und Richtlinien gehen von homogenen Materialeigenschaften des Werkstoffs aus und berücksichtigen die prozessspezifischen Eigenheiten des Gießprozesses nicht. Eine auf diesen Richtlinien beruhende Auslegung kann damit die Potenziale heutiger Herstellungsverfahren nicht voll nutzen. Die Folge sind hohe Sicherheitsaufschläge auf die Bauteilgeometrie und die daraus resultierenden Nachteile bei Kosten, Gewicht, dem Spanvolumen und der Gestaltungsfreiheit. Simulationssysteme ermöglichen, Konstruktionen bereits im Vorfeld ihrer Realisierung bezüglich ihrer herstellungsspezifischen und prozessspezifischen Eignung zu untersuchen und zu optimieren. Simulative Untersuchungen am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen haben einen enormen Einfluss der Geometrie auf die Bauteileigenschaften gezeigt. Die gießgerecht gestaltete Geometrie und Verrippung des Umformwerkzeuges als Grundlage für die Folgeprozesse in der Herstellung (Spanen, Schweißen usw.) und im Betrieb (Tiefziehen) sind daher Gegenstand dieses Forschungsvorhabens. Ziel ist es, Richtlinien und Strategien für die thermomechanisch optimierte Gestaltung der Werkzeugverrippung großer Presswerkzeuge zu entwickeln und zu verifizieren. Durch die enge Zusammenarbeit des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen (utg) und des Lehrstuhls für Höhere Mathematik und Analytische Mechanik (M8) der Technischen Universität München werden theoretische, simulative und experimentelle Ansätze zusammengeführt. Durch den Abgleich zwischen den Ergebnissen der mathematischen, mechanischen Modelle und eines mittels Experiment validierten Simulationsmodells können die Wechselwirkungen von Werkzeuggeometrie und Herstellungsprozess fächerübergreifend bearbeitet werden. Für die Erforschung von Wirkzusammenhängen mit fertigungstechnischen Folgeprozessen, wie dem Umformen und dem Spanen, wird die Grundlage geschaffen. Durch die Bereitstellung einer Designrichtlinie für M8 die Verrippung großer Umformwerkzeuge, die die material- und fertigungsspezifischen Eigenheiten und ihre Wechselwirkungen berücksichtigt, kann die Planung und Auslegung dieser und ähnlicher Gussteile beschleunigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen